一项发表于《Scientific Reports》的研究对“湍流如何开始”这一持续百年的流体力学难题提出了新的解释线索。研究人员表示，相关发现可能对飞机工程、机械心脏瓣膜设计以及心脏瓣膜疾病治疗方案的制定产生影响。

斯德哥尔摩皇家理工学院（KTH）研究团队通过计算机模拟指出，在特定流动条件下，极小尺度的涡旋可能逐步组织并形成更大尺度的流动漩涡，这一过程与长期以来关于湍流能量传递的主流图景并不一致。

涡旋广泛存在于自然界，从水体漩涡到星系形态，都是湍流中的关键流动结构。过去约100年间，主流观点认为，流体中的大尺度旋转运动会不断分裂为更小的涡旋，能量沿尺度链条由大到小逐级传递并最终耗散，这一过程通常被称为“正向级联”。

KTH数值分析教授Johan Hoffman表示，传统解释并没有理由被否定，但科学研究需要为另一种可能性保留空间。

根据研究描述，Hoffman与合著者、KTH博士生Joel Kronborg在模拟中以两个大型、反向旋转的涡旋作为初始条件。研究人员称，这两个大涡旋会产生强烈的应变场，使流体在一个方向被拉伸、在另一个方向被压缩，并由此生成小尺度涡旋。

随后，这些小尺度涡旋会重新组织成特定模式，其组合运动进一步产生更大尺度的流动结构。Hoffman表示，团队借助先进数学方法将流动分解为基本组成部分，用以解释微小涡旋的出现原因及其后续行为。

研究人员同时强调，这一发现并不排除能量仍可能沿传统路径从大涡旋向小涡旋传递。Hoffman称，在某些情况下两种过程可能同时发生；在其描述的新机制中，能量首先从大涡旋传递到最细尺度涡旋，随后传递方向发生反转，流动从小尺度向大尺度发展。

Hoffman表示，该结果最终可能影响多个与湍流及涡旋动力学相关的行业与应用场景，包括提升飞机与车辆的空气动力性能，从而改善安全性与燃油效率；此外，团队也关注其在机械心脏瓣膜设计以及心脏瓣膜疾病临床干预规划中的潜在应用。